胡海波/吴明在ACS Nano: 首次报道！离子筛涂层实现无枝晶金属锌负极

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胡海波/吴明在ACS Nano: 首次报道！离子筛涂层实现无枝晶金属锌负极
金属锌负极 (MZAs) 上的尖端诱导枝晶从根本上降低了水系锌金属电池 (ZMB) 的可充电性。如何以更环保、更经济和可扩展的方式解决MZA的棘手问题并具有更好的可行性，仍然是一个巨大的挑战。
胡海波/吴明在ACS Nano: 首次报道！离子筛涂层实现无枝晶金属锌负极
在此，安徽大学胡海波教授、吴明在教授等人首次提出了一种由可再生、低成本、环境友好的3D交织细菌纤维素组成的有趣离子筛（IS），通过原位自组装途径沉积在MZA（Zn@IS）表面，可有效抑制 MZA 上的枝晶生长。
详细的实验表征及分子动力学/DFT计算证明，与配位水相比，IS与Zn2+的相互作用更强，从而打破了水合Zn2+的溶剂化平衡，促进了[Zn(H2O)6]2+的去溶剂化。同时，由于涂层排斥大量的配位水，MZAs与电解液之间的界面自由水较少，有效削弱了析氢副反应。此外，具有丰富纳米孔作为离子通道的IS涂层可使Zn2+离子通量均匀化，有助于Zn均匀沉积。
胡海波/吴明在ACS Nano: 首次报道！离子筛涂层实现无枝晶金属锌负极
图1. IS涂层的原位自组装策略示意图及表征
正如预期的那样，与原始Zn||Zn对称电池（仅300 h过电位就从127.2迅速增大到376.8 mV）相比，Zn@IS||Zn@IS电池在3000 h（0.25mAh cm-2）下具有更出色的电镀和剥离稳定性，观察到的过电位仅略有增加（从73.5增加到78.1mV）。
随后，与进一步设计的碳纳米管（CNT）@MnO2正极配对，得到的全ZMB的循环性能（0.5 A g-1下循环3000次后容量保持率为73.3%）远优于基于原始MZA的电池（仅为21%），验证了Zn@IS负极作为原始MZA的替代电极以提高ZMB的可充电性能的可行性。该研究提供了一种简单但高效的保护协议以加强MZA 的电化学可逆性，从而缩小ZMB可充电性的现实与商业需求之间的差距。
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图2. 基于原始Zn和Zn@IS负极的ZMB性能对比
Ion Sieve: Tailoring Zn2+ Desolvation Kinetics and Flux toward Dendrite-Free Metallic Zinc Anodes, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c08638

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